風力發電機組自動消防系統設計技術探究

張亞洲

（華能哈密風力發電有限公司，新疆 哈密839000）

0 引言

隨著風電行業的迅猛發展，風力發電機組裝機量逐年增加，火災事故時有發生。火災本身不僅會給風力發電機組帶來毀滅性的破壞，而且如果引燃機組附近的草場或者林場，將會帶來更大的社會危害。針對風力發電機組火災的特點，開發出適合風力發電機組自動檢測、自動滅火的消防系統，能提高風力發電機組的安全性能。

根據火災事故統計，風力發電機組機艙內控制柜、電容柜、發電機、加熱器、剎車系統等存在火災隱患。同時部分電氣設備存在一定的故障率，容易引起局部過熱，最終可能導致火災事故。風力發電機組所處環境惡劣，采用有源檢測設備可靠性較差，很難對火災進行實時監測。多數風力發電機組安裝在山區、丘陵等偏遠地區，一旦發生火災消防車輛及人員無法及時到達現場。

基于上述問題，根據風力發電機組的特殊性，本文旨在開發一套完備的風力發電機組自動消防系統，以保障風力發電機組運行的安全穩定。

1 風力發電機組自動消防系統的技術原理

圖1為風力發電機組自動消防系統的機艙安裝效果圖，其采用無源方式進行探測并自動啟動滅火裝置，裝置啟動后輸出一組無源數字量反饋信號給風機控制系統。

按照機組布局，將消防保護區域劃分為機艙和控制柜兩個部分。機艙重點隱患部位的設備有制動系統、齒輪箱油泵電機、發電機等，針對這些隱患設備采用一對一方式進行防護，控制柜采用全淹沒方式進行防護。需要特別注意的是，柜內部安裝具有復雜性、系統性，強調安裝的有效性，在控制柜中安裝好自動消防系統尤為重要。當出現火情時，溫度達到探測裝置設定的溫度或者探測到明火，無源自啟動探測裝置觸發，并啟動滅火裝置，滅火介質經輸送管道從噴嘴噴出滅火。在滅火裝置啟動后，向風機控制系統提供數字量信號，提示滅火裝置已啟動滅火。

圖1 風力發電機組自動消防系統的機艙安裝效果圖

2 風力發電機組自動消防系統的技術創新

本文所研究的風力發電機組自動消防系統，具備自動檢測火災及自動滅火功能，能夠提高風力發電機組的安全性，避免因為火災而給風力發電機組造成的損壞。風力發電機組自動消防系統的技術創新體現為自動性能更加優越，且系統采用了無源探測方式、“點對點”滅火，在很大程度上提高了系統的實用性和有效性。因此，具體而言，風力發電機組自動消防系統的技術創新主要體現在以下幾個方面：（1）自動消防系統檢測裝置、滅火裝置和信號反饋相互聯動，即檢測裝置檢測到火災信號觸發滅火裝置，滅火裝置觸發后向風機控制系統提供反饋信號。（2）系統采用無源探測方式，相比傳統的火災報警控制部件，具有低成本、易安裝的優點，能夠大大提高滅火裝置的可靠性，避免電控報警裝置的誤觸發。（3）系統采用“點對點”滅火，探測反應時間短，有效減少了火災帶來的經濟損失。因此，自動消防系統不僅提高了系統滅火的自動性能，而且對于降低火災所帶來的經濟損失具有十分重要的現實意義。（4）該系統最顯著的創新點在于無需電源，這樣一來，系統在運行過程中不受電磁、濕熱、粉塵等干擾和振動沖擊的影響，不因油污、灰塵、煙的影響導致檢測功能的減弱或誤觸發，對各類電氣設備的保護更加安全可靠。（5）系統所采用的滅火介質為超細干粉，更加環保，不會對機組設備造成二次污染，也避免了對環境和大氣層造成破壞，符合綠色環保的設計理念。

3 風力發電機組自動消防系統的技術價值

針對風力發電機組火災的特點，國內外各風機廠家采取了不同的消防技術方案，主要差別體現在滅火介質及火災檢測裝置等方面。因此，本文通過對比分析，進一步闡述風力發電機組自動消防系統的技術價值。

風力發電機組自動消防系統的滅火介質主要有二氧化碳、七氟丙烷、超細干粉和Novec 1230D 等，而滅火介質的選擇直接影響了滅火效果。現將各滅火介質性能對比如下：

3.1 二氧化碳

滅火機理為二氧化碳在高壓或低溫下被液化，噴放時氣體體積急劇膨脹，同時吸收大量的熱，可降低滅火現場或保護區內的溫度，并通過高濃度的二氧化碳氣體稀釋被保護空間的氧氣含量，達到窒息滅火的效果。其優點在于滅火時不污染火場環境，對保護區內的被保護物不產生腐蝕和破壞作用，不僅可以撲救固體、液體、氣體火災，在高濃度下還能撲救固態金屬火災。缺點為滅火濃度高，滅火級別低，宜在相對密閉的空間使用，抗復燃能力差。

3.2 七氟丙烷

滅火機理是通過滅火劑的熱分解產生含氟的自由基，與燃燒反應過程中產生支鏈反應的H－、OH－、O－活性自由基發生氣相作用，從而抑制燃燒過程中的化學反應來實施滅火。其優點是七氟丙烷具有良好的滅火效率，滅火速度較快、效果好，滅火濃度低。缺點為由于七氟丙烷滅火劑的沸點相對較高，用于環境溫度較低場所應慎重；七氟丙烷只適用于全淹沒滅火系統；在滅火現場的高溫下會形成氫氟酸，對皮膚、精密儀器等有強烈的酸蝕作用。

3.3 超細干粉

滅火機理是實現被保護物與空氣的隔絕，阻斷再次燃燒所需的氧氣，以物理方式防止復燃。超細干粉與燃燒物火焰接觸，產生化學反應切斷燃燒鏈，實現對火焰的撲滅；超細粉體晶體與灼燒物質表面接觸發生化學反應，形成玻璃狀覆蓋層，將固體表面與周圍空氣的氧隔開，使燃燒窒息；超細粉體滅火劑在高溫下發生分解反應吸收部分熱量，起到冷卻作用。其優點是超細干粉比普通干粉細，滅火效率高，無毒無害，具有良好的流動性和絕緣性，應用范圍廣。缺點為系統觸發后產生殘留物，需人工清理。

3.4 Novec 1230D

滅火機理為去除火災現場熱量。釋放后，Novec 1230D 與空氣形成氣態混合物，吸收大量的熱量。Novec 1230D 滅火劑具有滅火濃度低、效率高、無腐蝕、絕緣性強等優點。缺點為此滅火劑適用于密閉環境，而且須有壓存儲。

4 結語

風力發電機組的機艙距離地面較高，且無人值守，大多數風機位于偏遠地區。如機組發生火災，采取傳統消防方式很難及時消滅火災，如火災不能得到有效控制，將導致葉輪和機艙損毀，除需更換新機組外，還將造成發電量的損失。采用風力發電機組自動消防系統具有成本低廉、穩定可靠、安全性能高等優點，如機組配備此系統，能夠及時消除火災隱患，避免出現財產損失，提高風力發電機組的市場競爭能力。

［1］秦希雯.海上雙饋型風力發電機組自動消防機器人系統設計［D］.華北電力大學，2014.

［2］尋征軒.自動消防系統在風力發電機組中的應用［J］.上海機電學院學報，2010（1）.